V. MONTURAS Y RELOJES PARA TELESCOPIOS ASTRON�MICOS

LOS TELESCOPIOS astron�micos por raz�n natural deben estar montados sobre una base r�gida, estable y adecuada. Por otro lado, el telescopio debe moverse lentamente, por medio de alg�n mecanismo al que llamamos reloj, para seguir las estrellas en su movimiento diurno, con un m�nimo de problemas. Ahora describiremos los principales tipos de monturas y relojes.

LAS MONTURAS PARA TELESCOPIO

Existe una gran variedad de monturas para telescopio, pero las dos categor�as m�s importantes son la altazimut y la ecuatorial. La altazimut es la m�s sencilla, y fue usada en los primeros telescopios. Tiene la configuraci�n b�sica que se muestra en la figura 42, con un eje vertical que permite el movimiento sobre un plano horizontal, y un eje horizontal cuya orientaci�n cambia al mover el eje vertical. La funci�n de este eje horizontal es cambiar la altura de observaci�n. Dicho de otro modo, los ejes vertical y horizontal determinan el altazimut y la altura de observaci�n, respectivamente.

Figura 42. Montura altazimut.

La montura altazimut es la m�s sencilla, y es la ideal para observaci�n terrestre. Por esta raz�n es muy usada en peque�os telescopios para observaci�n no astron�mica, o en los teodolitos. En los telescopios astron�micos gigantes modernos tambi�n se usa la montura altazimut, debido a su gran rigidez que no le permite grandes flexiones, como veremos m�s adelante.

Para observaci�n astron�mica, sin embargo, es �til una montura que, con tan s�lo el giro de uno de los ejes y no de ambos, pueda compensar el giro de la Tierra sobre su eje y de esta manera seguir a las estrellas en su movimiento diurno. Esta es la llamada montura ecuatorial, que al igual que la altazimut tiene dos ejes mutuamente perpendiculares, pero con la diferencia de que el eje que conserva fija su orientaci�n no es vertical sino paralelo al eje de la Tierra y recibe el nombre de eje polar.

El eje polar recibe adem�s el nombre de eje de ascensi�n recta. El eje perpendicular al de ascensi�n recta recibe el nombre de eje de declinaci�n.

La montura ecuatorial fue probablemente usada por primera vez por Olaus Romer en Copenhague en 1690. Cerca de 1749, James Short, en Escocia, invent� lo que �l mismo llam� una montura "universal" ecuatorial para peque�os telescopios, pero carec�a de los contrapesos necesarios para mantener el instrumento en equilibrio en cualquier posici�n, lo que la hac�a muy inestable.

Jesse Ramsden, en Inglaterra en 1773, perfeccion� la montura de Short, dot�ndola de los contrapesos necesarios. Posteriormente, Ramsden construy� otra montura para Sir George Shuckburgh, que se conoce ahora como "inglesa".

La primera montura ecuatorial, provista de un mecanismo para girar el eje polar en sentido contrario al de la Tierra, y as� poder seguir autom�ticamente el movimiento de las estrellas, fue construida por Joseph Framhofer en Alemania en 1812 para el observatorio de Dorpat (ahora Tortu). A este tipo de soporte se le conoce ahora como montura "alemana".

Otro tipo de montura ecuatoria muy popular es la llamada de "horquilla", dise�ada por William Lassell en 1861 en Malta.

Existen muchos otros tipos de monturas ecuatoriales, pero todas son de una manera u otra variaciones o combinaciones de las que se acaban de describir, pero se pueden clasificar en sim�tricas, como las que se muestran en las figuras 43(a) y (b), o asim�tricas, como las de las figuras 43(c) y (d).

Figura 43. Monturas ecuatoriales. (a) y (b) Sim�tricas. (c) y (d) Asim�tricas.

AJUSTE DE UNA MONTURA ECUATORIAL

Hay una gran variedad de m�todos para apuntar el eje polar rumbo al norte celeste, o sea, para colocarlo exactamente paralelo al eje de la Tierra. Con este fin se apunta el eje polar rumbo al norte, el cual se puede determinar por la posici�n de la estrella polar, que tan s�lo est� a 52 minutos de arco de separaci�n angular del polo celeste exacto en la direcci�n de la constelaci�n Casiopea. Es �til recordar que la altura del norte celeste sobre el horizonte es igual a la latitud geogr�fica del lugar de observaci�n.

Posteriormente, la alineaci�n del eje polar se afina haciendo correcciones por ensayo y error, por cualquiera de los dos m�todos que ahora se describir�n.

En el primer m�todo se observan tres estrellas, una al oriente, una al poniente, y otra cerca del meridiano, las tres cercanas al ecuador celeste. Cada una de estas tres estrellas se sigue durante algunos minutos, moviendo el telescopio sobre el eje polar, pero sin mover nada el eje de declinaci�n. A continuaci�n se usa el cuadro 13 para hacer las correcciones necesarias.

CUADRO 13. Ajuste de una montura ecuatorial. Primer m�todo

Desviación del eje polar respecto al norte celeste hacia	La estrella del oriente se desvía hacia	La estrella del poniente se desvía hacia el	La estrella del meridiano se desvía hacia el
Arriba	Norte	Sur	No
Abajo	Sur	Norte	No
Oriente	No	No	Norte
Poniente	No	No	Sur

El segundo m�todo es mucho m�s com�n y sencillo, pero tiene la desventaja de que requiere una fotograf�a y de que el telescopio ya tenga instalado el reloj. Para comenzar, se apunta el telescopio en la direcci�n del norte, es decir, paralelo al eje polar. Despu�s, con el reloj funcionando, se toma una fotograf�a con una exposici�n de alrededor de 15 minutos. Si el eje est� perfectamente alineado hacia el norte y el reloj funciona con la velocidad correcta, las im�genes de las estrellas ser�n puntos perfectos, puesto que la velocidad v_e de las estrellas se compensa exactamente con la velocidad v_t del telescopio, como se ve en la figura 44(a). Si el reloj se para o la velocidad no es la correcta, las im�genes ser�n peque�os arcos conc�ntricos respecto al polo. Supongamos ahora que el eje est� desviado hacia la derecha (oriente) del polo, como se muestra en la figura 44(b). Las velocidades de las estrellas y del telescopio ya no se compensan para las estrellas arriba y abajo del polo, sino que tendr�n una componente hacia arriba.

Figura 44. Desviaciones de las trazas de las estrellas circumpolares, con el eje alineado y desviado.

A fin de medir estos posibles desplazamientos debidos a desviaciones del eje polar del telescopio, se toma primeramente la fotograf�a con el reloj funcionando durante 15 minutos. Despu�s, se para el reloj para que las estrellas dejen un trazo circular con centro en el polo. De esta manera, comparando los trazos antes y despu�s de parar el reloj, se puede ver si el eje polar est� desviado. Si el eje est� desviado los trazos ser�n arcos quebrados, donde el primer trazo, cuando el reloj estaba funcionando, es el que se considera desviado, como se muestra en la figura 44(c). Para saber en qu� direcci�n est� desviado el eje, se consulta el siguiente cuadro. La placa se debe observar viendo hacia el norte, con la emulsi�n al frente, y con la orientaci�n en la que se hizo la exposici�n. Se supone en el cuadro que el telescopio no tiene ning�n sistema inversor, ni prismas ni espejos que modifiquen la orientaci�n de la imagen.

CUADRO 14. Ajuste de una montura ecuatorial. Segundo m�todo

Desviación del eje polar respecto al norte celeste hacia	Los trazos con el reloj funcionando se desvían hacia
Arriba	Izquierda
Abajo	Derecha
Oriente	Arriba
Poniente	Abajo

TIPOS DE RELOJES

El eje de ascensi�n recta de una montura ecuatorial debe moverse a la misma velocidad angular que gira el eje de la Tierra, a fin de seguir la estrella observada en su movimiento diurno. Este movimiento se realiza por medio de un mecanismo impulsor, llamado com�nmente reloj, con una velocidad de 15 segundos de arco por un segundo de tiempo.

Es importante recordar que la refracci�n atmosf�rica cambia la posici�n aparente de las estrellas, por lo que su velocidad no es constante, sino que cambia seg�n su posici�n. Por lo tanto, cualquiera que sea la velocidad del reloj, es necesario hacer peque�os ajustes durante el guiado.

Existen muchas variedades de relojes para telescopio, pero las dos categor�as en las que los podemos separar son: a) mec�nicos y b) el�ctricos. Los relojes mec�nicos son los m�s antiguos y usados, aunque ya casi no se usan en los telescopios recientes. Estos consisten esencialmente en una pesa o resorte que impulsa un mecanismo de engranes. La velocidad se regula por medio de un sistema de pesas giratorias, que se conoce con el nombre de pesas volantes. La fuerza centr�fuga separa estas pesas tanto m�s cuanto m�s r�pido giren, pero al separarse �stas levantan a su vez un plato que recarga con fricci�n contra uno que est� fijo arriba. Al ocurrir este contacto entre los dos platos el sistema pierde velocidad, con lo que las pesas bajan, separando los platos friccionantes. Al desaparecer la fricci�n aumenta de nuevo la velocidad, con lo cual se vuelve a repetir el ciclo. Por medio de este sistema, llamado gobernador de la velocidad, se puede regular �sta y hacerla de la magnitud que se desea, simplemente cambiando la posici�n del plato friccionante fijo.

Otro mecanismo similar sumamente com�n, dise�ado por C. A. Young al final del siglo pasado, se muestra en la figura 45. Este mecanismo es tan efectivo que se ha usado mucho hasta hace pocos a�os.

Figura 45. Reloj mec�nico de C. A. Young.

El mecanismo impulsor el�ctrico usa un motor en lugar de las pesas. El sistema regulador de la velocidad depende del tipo de motor. Consideraremos tres tipos de motores: a) motores de corriente directa, b) motores de pasos y c) motores sincr�nicos. Los motores de pasos son motores que se mueven un �ngulo determinado por cada impulso el�ctrico que les llega, por lo que es relativamente f�cil controlar en ellos el �ngulo con que giran o el n�mero de vueltas que efect�an. Estos motores se usan mucho en telescopios profesionales, muchos de ellos controlados por computadora. El motor de corriente directa tiene una torca y velocidad de rotaci�n directamente proporcional al voltaje aplicado. Estos motores son tambi�n muy usados en los telescopios profesionales, sobre todo cuando se usan en sistemas llamados de lazo cerrado, como un servomecanismo. Con este fin se usa un detector de posici�n angular, llamado com�nmente encoder, que env�a la informaci�n a un aparato electr�nico o computadora, el cual act�a sobre el motor, aumentando o disminuyendo el voltaje para corregir cualquier error en la posici�n.

El motor sincr�nico funciona con corriente alterna, y su velocidad de giro es directamente proporcional a la frecuencia, y no le afectan mucho las variaciones de voltaje. Este motor se ha usado tanto en telescopios profesionales como de aficionados. La gran ventaja de este motor es que se puede alimentar directamente con la corriente de 60 hertz de la l�nea, que en general es muy estable en frecuencia. Si se desea mejor control, se puede construir un circuito que produzca una corriente alterna, de frecuencia muy estable y variable a voluntad, como el dise�ado por Koolish, que se muestra en la figura 46.

 

Figura 46. Circuito de Koolish para impulsar un motor sincr�nico.

Es muy importante hacer notar que los muy comunes motores de inducci�n y los universales no son de ninguna manera adecuados para relojes de telescopio, ya que su velocidad de giro depende casi siempre de tres factores, que son el voltaje de alimentaci�n, la frecuencia de la corriente y de la carga aplicada al motor, por lo que es muy dif�cil controlar esta velocidad.

El acoplamiento del reloj al eje polar o de ascensi�n recta del telescopio se hace casi siempre por medio de un engrane sujeto a este eje. Este engrane debe ser fabricado e instalado con muy alta precisi�n, pues es una fuente de errores muy com�n, sobre todo si se desea hacer trabajo fotogr�fico con exposiciones largas. Para una buena precisi�n, el engrane debe ser del mismo di�metro del objetivo del telescopio y en su fabricaci�n deben evitarse los errores al azar, lo mismo que los errores peri�dicos. Un engrane de buena calidad es a menudo una de las componentes m�s caras del telescopio. Entre este engrane y el eje polar es deseable tener un embrague de alg�n tipo, a fin de poder apuntar r�pidamente el telescopio en la direcci�n deseada. El reloj puede ir acoplado al engrane por medio de un pi��n o un sinf�n, pero lo m�s com�n es un sinf�n, ya que con �l es m�s f�cil reducir los errores al m�nimo.